一种基于触发机制的网络串级温度控制系统及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于温度控制技术领域，特别涉及一种基于触发机制的网络串级温度控制 系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着社会和经济发展，许多先进控制技术和方法应用到自动控制系统中。例如网 络控制、串级控制等。其中网络控制系统成为自动化和控制领域以及计算、通信领域技术发 展的热点之一。网络控制系统具有连线少、扩展方便、易于维护、资源共享、远程控制等优 点，已被广泛应用于自动化制造、化工行业、航空航天、电力行业等复杂的工业系统中。
[0003] 网络引入自动控制系统中，在带来许多优点的同时，也增加了控制系统分析与设 计的复杂性，例如由于网络中传输数据较多，在信息传输中，由于网络带宽有限，不可避免 的会出现网络传输时延、数据包丢失、网络拥塞等现象。克服网络引入带来的复杂性，是需 要考虑的问题。
[0004] 另外，目前国内外关于控制系统的研究和应用主要是针对单回路控制系统，与单 回路控制系统相比，串级控制系统具有更多优点，例如可以提尚控制系统性能，尤其是在系 统具有外部扰动的情况下，能够及时调整、快速稳定、减少扰动对系统的影响。另外，与单回 路控制系统相比，串级控制系统设计时需要考虑更多的问题。
[0005] 对于网络连接的串级温度控制系统研究的难点在于：网络传输时延、数据包丢失、 网络拥塞等现象具有不可预测性，网络的引入可能导致系统性能下降甚至造成系统不稳 定，同时也会给控制系统的分析和设计带来困难。
[0006] 因此，如何提高由于网络引入，造成串级温度控制系统性能下降已成为需要解决 的关键问题之一。
【发明内容】
[0007] 为解决现有技术中存在的以上问题，本发明公开了一种基于触发机制的网络串级 温度控制系统及方法，其特征在于：包括主控制器，主控制器通过网络与串级控制回路连接 的，主控制器还与自校正控制器连接；所述串级控制回路包括外环PID控制回路和内环PID 控制回路；
[0008] 所述外环PID控制回路包括主控制器、副控制器、执行器、副被控对象、主被控对 象、主变送器和事件触发器并通过网络连接；
[0009] 所述内环PID控制回路包括副控制器、执行器、副被控对象和副变送器；
[0010] 所述自校正控制器包括参数调整器和参数估计器，自校正控制器根据副被控对象 的输入和主被控对象的输出在线调整主控制器的参数。
[0011] 进一步的，所述串级控制回路中，主变送器的输出信号经过基于触发机制的触发 器后，再将输出信号和已传送到主控制器的信号进行比较，比较值大于给定的触发机制值， 需要将已传送到主控制器的信号进行更新。
[0012] 进一步的，所述串级控制回路中，主变送器的输出信号经过基于触发机制的触发 器后，再将输出信号和已传送到主控制器的信号进行比较，比较值小于或等于给定的触发 机制，主控制器不更新输出信号。
[0013] 进一步的，所述副被控对象的输入和主被控对象的输出通过自校正控制器在线调 整控制器的参数。
[0014] -种基于触发机制的网络串级温度控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
[0015] 第一步：工作于时间驱动方式的主变送器对主被控对象的输出信号Xl (t)进行周 期米样；
[0016] 第二步：主变送器将采样后得到的输出信号Xl(kh)通过外环PID控制回路传输至 事件触发器；
[0017] 第三步：事件触发器根据触发机制对输入的信号进行运算；
[0018] 第四步：事件触发器的输出信号&(0)通过外环PID控制回路网络传输到主控制 器，主控制器对输入的信号进行相应的运算后，通过网络传输到副控制器；
[0019] 第五步：工作于时间驱动方式的副变送器对副被控对象的输出信号x2(t)进行周 期采样，并将得到的信号通过内环PID控制回路传输到副控制器；
[0020] 第六步：工作于事件驱动方式的副控制器，通过输入的信号触发，副控制器对给定 的信号进行相应的运算，得到副控制器的输出信号；
[0021] 第七步：副控制器节点将输出信号传输到内环PID控制回路的执行器；
[0022] 第八步：执行器将输入的信号转换成为能够操纵执行器动作的信号，并经硬件改 变操纵变量；
[0023] 第九步：自校正控制器根据副被控对象的输入和主被控对象的输出，通过实时参 数估计器和参数调整器，决定是否需要对主控制器的参数进行在线调整；
[0024] 第十步：返回第一步。
[0025] 进一步的，所述第三步中具体的触发机制运算公式如下：
[0026] [λ:,((A 小--.η(々/;)]' ….r】
[0027] 其中Ω为对称正定矩阵，〇为属于（〇, 1)的正常数，h为采样周期，Ω，〇，h根据 实际要求进行设置。（k+j)h为第（k+j)个采样周期，j= 1，2，···，为正整数。
[0028] 进一步的，所述具体的触发机制运算公式中，输入的采样信号Xl((k+j)h)满足公 式[七??/: +./)/;) -..η(A:/;)]'' 0_[弋似 +.辦 至主控制器，即主控制器的信号不被更新。
[0029] 进一步的，所述具体的触发机制运算公式中，输入的采样信号Xl((k+j)h)不满足 公式
[0030] |.1,((/?+ /)/;)-λ,(Λ//)]'Ω[λ'.((.4+ /}//)-.ι,?A;//)] <o'.v,1((k+j)h)il'i.{{k+i)t!),fg^iM 过网络传送至主控制器。
[0031] 与现有技术相比，本发明的优点在于：采用基于触发机制的网络串级控制后，可以 迅速克服外界扰动对系统的影响，减少网络数据的传输量，从而提高控制性能和数据传输 速率，降低网络传输时延、数据包丢失、网络拥塞等现象的发生概率，进而提高系统品质。利 用自校正控制器对主控制器参数在线调整，可以提高系统稳定性和鲁棒性能，实现优化控 制。
【附图说明】
[0032] 图1是传统串级加热炉温度控制系统结构示意图；
[0033] 图2是传统串级加热炉温度控制系统方框图；
[0034] 图3是本发明的结构示意图；
[0035] 图4是本发明的系统方框图。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图和【具体实施方式】，进一步阐明本发明。
[0037] 如图1和图2所示，传统串级加热炉温度控制系统具有内外回路。内回路由副变 送器、副控制器、执行器和副被控对象组成；外回路由主变送器、主控制器及整个内回路、主 被控对象组成。如图3和图4中本发明的温度控制系统也同样具有内外回路即外环PID控 制回路和内环PID控制回路。外环PID控制回路中不仅包括主变送器、主控制器及整个内 回路、主被控对象，还包括事件触发器构成。通过事件触发器使得本发明不仅具有串级控制 系统结构的优点，同时具有网络控制系统结构的优点。传统串级控制系统仅关注单个回路 中输入输出数据的传输，不具有网络控制系统结构的优点。
[0038] 以加热炉温度控制系统为例，如图3所示，主控制器和副控制器为PID控制器，主 被控对象、主变送器、主控制器、副控制器之间通过网络进行连接，主变送器的输出作为事 件触发器的输入，事件触发器将根据触发机制得到的输出信号通过网络以后作为主控制器 的输入信号。副控制器的输出直接控制执行器阀门的开度，实现对燃料流量的调节。
[0039] 基于触发机制的网络串级温度控制系统的工作原理：当扰动存在于内环PID控制 回路时，由于副控制器的存在，副控制器能及时动作，快速抑制扰动，从而具有串级控制结 构的优点；在外环PID控制回路中，通过网络